Nature子刊 | 发现肌肉细胞分化的调控新机制

细胞朊病毒蛋白（PrPC）是骨骼肌功能所必需的。

2023年12月8日，武汉大学梁毅团队在Nature Communications 发表题为“Excess PrPC inhibits muscle cell differentiation via miRNA-enhanced liquid–liquid phase separation implicated in myopathy”的研究论文，该研究发现与对照组相比，在6例肌病患者的骨骼肌细胞质中积累了较高水平的PrPC。PrPC抑制骨骼肌细胞自噬，阻断成肌细胞分化。

在成肌细胞分化过程中，PrPC选择性地与一部分miRNA结合，并且在6例PrPC过量的肌病患者骨骼肌中观察到PrPC和miR-214-3p的共定位。该研究发现PrPC在病理条件下在骨骼肌细胞中过度表达，并通过与一组miRNA的物理相互作用抑制肌细胞分化，并选择性地将这些miRNA招募到活成肌细胞的相分离凝集物中，从而增强PrPC的液-液相分离，促进PrP的病理性聚集，并导致以肌肉不完全再生为特征的肌病患者抑制自噬相关蛋白5依赖的自噬和肌束形成。

哺乳动物朊蛋白（PrP）有两种结构和功能不同的形式，即细胞朊蛋白（PrPC）和病理聚集型朊蛋白(PrPSc)。朊病毒病是一组传染性神经退行性疾病，其主要原因是在许多哺乳动物物种中，PrP从α-螺旋主导的PrPC构象转化为富含β-片层的PrPSc。良性细胞形式 PrPC，一种糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定的糖蛋白，以膜结合和细胞质形式存在，具有多方面功能，在骨骼肌中具有重要功能。包涵体肌炎、皮肌炎和其他肌病患者或者发生快速进展的原发性肌病的转基因小鼠的骨骼肌中可观察到PrPC功能障碍，但这一现象背后的机制尚不清楚。自噬是一种在进化上保守的分解代谢途径，通过溶酶体降解细胞内成分，自噬似乎增加，并且在成肌细胞分化过程中是必需的，并且与肌肉病理生理学相关。重要的是，在衰老的肌肉卫星细胞中观察到自噬受损。此外，科学家已经鉴定出至少35个编码自噬相关（ATG）蛋白的基因，包括自噬相关蛋白5（ATG5）和微管相关蛋白1轻链3（LC3），其中E3泛素连接酶ATG5对自噬体伸长至关重要。目前，病理性朊病毒聚集体已被证明会触发骨骼肌中的自噬，并且可以被自噬降解。然而，目前尚不清楚PrP的良性细胞形式是否调节骨骼肌细胞的自噬和分化。微小RNA（miRNA）是小的非编码 RNA，在骨骼肌中高度富集，从植物到哺乳动物都高度保守。miRNA 通过与特定蛋白质的相互作用在调节骨骼肌的分化、萎缩和再生中发挥作用。miR-181a-5p、miR-324-5p和miR-451a 三种miRNA在脊髓性肌萎缩症患者的骨骼肌中过表达，表明靶向过表达的miRNA可能是针对该疾病的一种新治疗方法。然而，目前尚不清楚miRNA是否通过与PrPC的特异性相互作用来调节骨骼肌细胞的自噬和分化。蛋白质和 RNA 分子倾向于通过细胞中蛋白质的液-液相分离（LLPS）形成称为无膜细胞器的超分子组装体，以执行关键功能。由生物大分子形成的液滴具有融合特性，RNA 可以控制或缓冲具有天然折叠或低复杂性结构域的蛋白质的 LLPS。因为PrPC在其N末端结构域中包含一个低复杂性和固有无序区域（IDR），它在体外经历LLPS并形成蛋白质缩合物。PrPC液相凝集受淀粉样蛋白-β寡聚体、中和突变、病理性突变、RNA (polyU RNA、粗tRNA和酵母总RNA)和其他因子的调控。然而，目前尚不清楚PrPC在体内是否经历了LLPS，以及PrPC的LLPS是否导致了该蛋白在细胞中的病理性聚集。此外，研究者也不清楚PrPC是否选择性地将特定的miRNA招募到相分离的凝集物中，从而调控PrPC的LLPS。

文章模式图（图源自Nature Communications ）该研究发现与对照组相比，肌病患者骨骼肌的细胞质中积累了较高水平的PrPC。研究证明，位于细胞质中的PrPC通过选择性招募包括miR-214-3p在内的miRNA子集到活成肌细胞的相分离凝集物中，从而增强PrP的相分离和聚集，并显著抑制ATG5相关的自噬，从而阻止肌细胞分化。综上所述，该研究结果为病理条件下PrPC对肌细胞分化的调节提供了见解，通过一组miRNA增强蛋白的LLPS，这对肌病的病因有一定的意义。参考消息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43826-7